摘要：濕空氣在工程上應用很廣,其過程不外加熱或冷卻加濕去濕以及混合.這些過程普遍地都是穩定流動,在分析時需要應用:
1.能量守恒方程;
2.質量平衡方程;
3.濕空氣的特性參數;
此外,研究這些過程和裝置的不可逆性時還要用:
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4.熵方程.
現以烘干和冷卻塔為例,說明其應用及計算方法.
一、烘干
烘干裝置是利用未飽和濕空氣吹過被烘干的物料,吸收其中水分的設備.為提升濕空氣的吸濕能力,一般都先將濕空氣加熱.。
相對溫度為Φ1溫度為t1的濕空氣定壓下透過加熱器時,外界加熱濕空氣,濕空氣溫度升高到t2.但并未增加濕空氣的水蒸氣含量,也無蒸汽凝結析出,因而相對濕度下降為Φ2,所以提升了吸濕能力.可見在加熱器中的加熱過程是個升溫增焓的定比濕度(ω1=ω2)過程.在h-ω圖上是一條向上的垂線,對每千克干空氣的加熱量 q=h1-h2 KJ/kg (干空氣)
當加熱后的濕空氣進入干燥器干燥物料時,主要由濕空氣放熱(減少濕空氣的焓)使濕物料中的水分汽化而進入空氣,增加空氣中所含水蒸氣的焓.由此,干燥過程可近似看成空氣溫度逐漸降低而濕度逐漸增加的定焓過程,即h2-h3,顯然,每千克干空氣從濕物料中帶走的水分為 Δω=ω3-ω2 kg(水蒸氣)/kg(干空氣)
二、冷卻塔
在缺水地區,工業中的冷卻用水,常用空氣使之冷后再循環使用.冷卻方法之一是透過間壁(式或表面)式換熱器中的壁面將空氣和被冷卻的水分隔開,而使之進行熱量交換.這種換熱方法,被冷卻的水溫最低只能被冷卻至接近空氣溫度.若使空氣和被冷卻的水在冷卻塔中直接接觸(這種換熱器叫混合式換熱器),蒸發冷卻,則被冷卻的水溫在理論上可冷至空氣的濕球溫度(<空氣的溫度),所以冷卻塔比間壁式換熱器能將更多熱量傳給空氣.
因此,在給定的傳熱量下,冷卻塔的體績要比間壁式換熱器小.但冷卻塔的缺點是有水的蒸發損失,需要補充水.由凝汽器排出的熱水(溫度為t13焓為h13流率為m13)在接近冷卻塔頂處送入塔內向下噴淋,為提形成細滴有利于蒸發.
大氣中的未飽和顯空氣在塔內逆行而上與水滴接觸,水蒸發而被冷卻,溫度降至t14焓為h14.從塔底冷卻池流出的冷卻水流率為m14,與補充水一起水幫浦送入凝汽器循環使用.單位時間內流入與流出冷卻塔的濕空氣由ma【kg(干空氣)/h】和ωma【kg(水蒸氣)/h】兩部分組成.其入口處的狀態1為t1 h1 Φ1 ω1,退場門處的狀態2為t2 h2 Φ2 ω2.濕空氣在冷卻塔中經歷的過程是升溫增焓增濕過程.
水流及濕空氣流在冷卻塔中是穩定流動.若與外界熱量的交換可略去不計,又無外功交換,且巨視動能與巨視位能也可忽略不計,則根據穩定流動能量方程可知Δh= 0.即流體進入冷卻塔的焓等于流體離開冷卻塔的焓。
根據水的質量平衡,則
m l3+ maω1= m l4+ maω2
或m l3- m l4=ma (ω2 -ω1) 式中求得計算出所需的濕空氣量和所需補充的冷水量.
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